Лабораторная работа № 7. Изучение технологических основ обеспечения качества точечной сварки деталей малых толщин

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Знакомство с особенностями устройства оборудо­вания для контактной точечной микросварки. Ос­воение техники настройки оборудования на режим и выполнение сварки конденсаторным импульсом тока. Приобретение навыков практического исполь­зования контрольно-измерительных приборов при контактной микросварке.

7.1 Общие сведения

7.1.1. Область применения и особенности точечной микросварки

Самое широкое применение контактная микросварка (сварка деталей толщиной от нескольких микрометров до 0,5 мм и диаметром от 0,05 до 1,0 мм) нашла в производстве изделий электроники и прецизионного приборостроения.

Микросварка имеет ряд особенностей, создающих дополнительные проблемы в технологии и выборе оборудования:

- из-за относительно малого собственного сопротивления деталей и малых сварочных усилий резко возрастает роль контактных сопротивлений как источника теплоты;

- нередко в контактах электрод-деталь выделяется почти столько же теплоты, сколько в сварочном контакте;

- исключительная жесткость режима сварки повышает чувствительность процесса к выплескам, массопереносу, увеличению рассеяния показателей прочности;

- большое разнообразие форм, размеров, сочетаний толщины материалов деталей создаёт сложности металлургического порядка и затрудняет нахождение оптимальных режимов сварки;

- более резкое влияние различных переменных факторов на ка­чество сварных соединений (состояния поверхности, усилия сжатия деталей, диаметра электродов, времени сварки, перекоса электродов, их неточной установки и взаимного сдвига, массопереноса, большой крутизны нарастания сварочного тока, инерционности механизма сжатия, изменения сопротивления сварочного контура машины и др.).

Всё вышеперечисленное усложняет получение высококачественных соединений миниатюрных узлов. Высокую устойчивость качества микросварки удается обеспечить лишь при ужесточении требований:

- к машине - в отношении постоянства параметров, малой инерционности механизма сжатия, достаточной жесткости сварочного контура;

- к технологии - в отношении тщательной отработки всех элементов технологического процесса, выбора оптимального режима, широ­кого использования контрольных приборов;

- к квалифицированному обслуживанию машин - в отношении регулярной проверки состояния сварочного контура, особенно его контактов, механизмов сжатия и др. систем.

Режим микросварки выбирают преимущественно жесткий (время сварки менее 0,01с) с использованием, как правило, конденсаторных машин. Находят применение также машины переменного тока обычной и повышенной частоты. Часто применяют предварительный подогрев при постоянном усилии сжатия. Первым (подогревным) импульсом тока стабилизируют электрический контакт и уменьшают склонность к выплескам, а вторым - производят сварку. Для этих же целей модулируют передний фронт импульса тока.

7.1.2. Сущность конденсаторной сварки

Конденсаторная точечная сварка является одним из способов сварки аккумулированной (накопленной) энергией. Она находит широкое применение в производстве благодаря ряду энергетических и технологических преимуществ по сравнению с другими видами точечной сварки. Основными из них являются:

- значительное снижение потребляемой из сети мощности, достигаемое тем, что накопление электрической энергии в конденсаторах происходит относительно медленно, а её расходование осуществляется за более короткое время;

- при неизменных значениях емкости и напряжения зарядки в батарее конденсаторов накапливается точно дозированное количество энергии, что обеспечивает стабильность результатов сварки ( расплав­ляется объем металла, точно повторяющийся от сварки к сварке);

- малое время сварки (тысячные доли секунды) и концентриро­ванное выделение тепла обеспечивают минимальную зону термического влияния, что позволяет сваривать металлы с высокой электро- и тепло­проводностью (медь и её сплавы, серебро, алюминиевые сплавы и др.), а также металлы с резко отличными теплофизическими свойствами;

- жесткий режим увеличивает роль контактного сопротивления в выделении тепла, это позволяет сваривать соединения деталей с большой разницей в их толщине.

К недостаткам следует отнести:

- высокое напряжение в первичной обмотке сварочного трансформатора (до 1,5 кВ);

- значительную стоимость высоковольтных конденсаторов, используемых в конденсаторных дозировщиках сварочной энергии;

Упрощенная принципиальная электрическая схема машины для конденсаторной точечной сварки представлена на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Схема силовой части конденсаторной машины

Напряжение из сети подаётся на зарядное устройство ЗУ, где оно повышается до нужной величины (с помощью повышающего трансформатора) и выпрямляется.

Выпрямленное напряжение через переключатель SА и резистор R_з подается на батарею конденсаторов С (сопротивление R_з ограничивает максимальный ток зарядки). При сварке переключатель SА устанавливается в правое положение и батарея конденсаторов С разряжается на первичную обмотку сварочного трансформатора ТV. В сварочной цепи индуктируется импульc сварочного тока.

Энергия (в Дж ), накапливаемая батареей конденсаторов, равна

, (7.1)

где С - ёмкость батареи конденсаторов, Ф ;

U_з - напряжение зарядки конденсаторов, В .

Время заряда конденсаторов определяется по формуле

, (с) (7.2)

где R_з - токоограничивающее сопротивление, Ом.

В зависимости от электрических параметров трансформатора и сварочного контура разряд конденсаторов может быть апериодическим или колебательным.

Параметры импульса сварочного тока, а соответственно и его энергия регулируются с помощью емкости и напряжения заряда батареи конденсаторов, а также изменением коэффициента трансформации К_тр сварочного трансформатора.

С увеличением ёмкости конденсаторов растет амплитуда и дли­тельность импульса сварочного тока. Увеличение напряжения заряда конденсаторов приводит к увеличению амплитуды импульса тока, но его длительность практически не изменяется. С уменьшением К_тр увеличивается амплитуда, а длительность импульса соответственно умень­шается.